1、基础知识
等级划分：
. _( z* E$ [" z  K/ n/ @. a: W

1 @1 D0 R, ]+ J  S9 V5 A6 s
接口类型：

" _  h% P+ }  Z- ]9 u* |: j

) t* {5 ~0 q/ f( hSTM32基础型(F1系列)所带的USB是全速。
' U# T( T1 m% m' z8 [
2、电气属性
) [3 g/ S, o! @USB的通信都是由主机发起的，这一点与IIC协议是类似的。
$ \* [3 k9 v9 q7 \
2.1 数据线
& X/ B# x8 n3 c4 O: g1 F2 c$ AUSB使用差分传输模式，有两条数据线，分别是：
3 |6 R. y, S" @$ ?
USB数据正信号线，USB Data Positive，即USB-DP线，简写为D+
( \8 Q5 @9 |8 u1 m) sUSB数据负信号线，USB Data Minus， 即USB-DM线，简写为D-

剩下的就是电源线(5V-Vbus)和地线(GND)。

/ s' D* e) `7 |! f. C1 Q2.2 USB主机是如何识别设备是高速设备/全速设备/低速设备？
主机的D+和D-都接有15K下拉电阻。

5 y  r/ b$ X7 C% M8 f全速USB设备的数据线D+接有1.5K的上拉电阻，一旦接入主机，主机的D+被拉高
, z* F) k' j* {7 {+ ?低速USB设备的数据线D-接有1.5K的上拉电阻，一旦接入主机，主机的D-会被拉高

' @/ G. ?( a$ D& P$ x& O: w5 ~, o
) |; i: S: Y1 S因此，主机就可以根据检测到自己的D+为高还是D-为高，从而判断接入的设备是一个全速还是低速设备。
+ g" y* w' B- Q
所以你可以看到STM32板子上的USB口D+有一个上拉电阻，而且是必须有的：

7 |( ]; @! ^4 Q; U( ?. G
$ a0 }" u! F! e8 d
3、USB设备分类



看一个CDC虚拟串口的设备分类：
$ Y" U  k2 _$ I" K$ z$ H* s8 \


在看一个MSC的（模拟U盘）：

: ~" F  Q# E6 G9 F$ P6 [
8 I6 I6 c0 K6 \7 {9 \
: f0 t) }& R, K* p; r9 o不同的类有不同的用途；不同的应用场合对应不同的产品形态；不同的产品形态可能会有自己特殊的描述符，比如： HID类有报告描述符、CDC类有ACM、Union描述符等。

, J  V' K8 {6 E% @( H4、描述符详解
" _  J& _# Q" ~% N以STM32里的MSC设备为例，MSC类所需要的描述符有：设备描述符+配置描述符+接口描述符(数量由配置描述符里的bNumInterfaces字段决定)+端点描述符(数量由配置描述符里的bNumEndpoints决定)，所以MSC类结构就是这样的：
) a) B5 ^* H1 A  U; Z9 F
% A0 I& g( B, L$ e" Z& {' ~

1. 配置描述符
   : r& h# B$ w( M( ]% L8 A2 d9 q
2. {
   / l5 T! M7 ~0 p1 J0 l0 }- y  Z  K
3.         接口描述符1
   # _) X. {8 p5 Y; l5 i/ i) l% ?. e" J
4.         {
   
5.                 端点描述符1
   
6.                 {
   , I- S  w: _6 E* ?
7.                         
   ! z/ g3 _  h' F, o
8.                 }
   
9.                 端点描述符2
   
10.                 {
    ) S/ Z- h- z' [" G" P
11.                         
    
12.                 }
    * A/ F  h" J% ]
13.         }
    
14. }

复制代码

而CDC类是这样的：

1. 配置描述符
   5 |: V' D/ R  O  b7 o4 S- K, L
2. {
   
3.         接口描述符1（通信接口）
   : @, I: w# }# G3 p0 Q/ x! w
4.         {
   
5.                 其他描述符（特殊描述符）
   
6.                 {
   
7.                         /*Header Functional Descriptor*/
   : [1 n' ]; C! M( @/ a
8.                         /*Call Management Functional Descriptor*/
   4 {( z6 W0 k. B+ B  w- ^5 \
9.                         /*ACM Functional Descriptor*/
   & u+ z( @9 J- ^/ x5 |: S
10.                         /*Union Functional Descriptor*/
    - G$ Y( ]8 T# e: g8 \
11.                 }
    
12.                 端点描述符(命令端点)
    
13.                 {
    
14.                         
    & S1 D" Q3 P3 \9 @
15.                 }
    $ U- l! j) A5 t- E/ V" S% \
16.         }
    
17.         接口描述符2（数据接口）
    
18.         {
    + S; r/ ]! [8 f; R
19.                 端点描述符1（输出端口）
    ; G# u2 G9 d/ o. Z5 y
20.                 {
    
21.                         
    
22.                 }
    # L( \3 M& _2 _
23.                 端点描述符2（输入端口）
    8 J, M2 X* f9 d3 ?- p0 q; o
24.                 {
    ; l" C1 ?# b. s# B
25.                         
    
26.                 }
    * E& y, y# k# ^& z" w; w) q+ l% g
27.         }
    * j# U* K& O% P
28. }
    

复制代码

9 g- W3 T; l1 R6 u3 A4.1 设备描述符
7 D6 x" v! W. g7 N每个USB设备都必须且只有一个设备描述符，摘取一下STM32的MSC设备里的实例代码：
$ s+ D! X: w$ m# p- P# m
2 I. Y- _# K; ~6 H3 }% Z( z3 F
: y3 m+ ^( p  A$ |
每个字段的含义：
, v! j3 R- F/ V8 ^6 ^bLength：描述符大小．固定为0x12；
- T+ Q7 Q. R- [8 \1 |bDescriptorType：设备描述符类型．固定为0x01；
bcdUSB：USB 规范发布号．表示了本设备能适用于那种协议，如2.0=0200，1.1=0110；
bDeviceClass：类型代码（由USB指定）。当它的值是0时，表示所有接口在配置描述符里，并且所有接口是独立的。当它的值是1到FEH时，表示不同的接口关联的。当它的值是FFH时，它是厂商自己定义的；
- }4 K9 P# C, J7 a. j- IbDeviceSubClass：子类型代码（由USB分配），如果 bDeviceClass值是0，一定要设置为0。其它情况就跟据USB-IF组织定义的编码；
bDeviceProtocol：协议代码（由USB分配），如果使用USB-IF组织定义的协议，就需要设置这里的值，否则直接设置为0。如果厂商自己定义的可以设置为FFH；
bMaxPacketSize0：端点０最大分组大小（只有8,16,32,64有效）；
idVendor：供应商ID（由USB分配）；
% V7 u; B8 k7 B# O0 `% [7 iidProduct ： 产品ID（由厂商分配)，由供应商ID和产品ID，就可以让操作系统加载不同的驱动程序
' \' ?. R" m: nbcdDevice ：设备出产编码．由厂家自行设置；
iManufacturer ：厂商描述符字符串索引．索引到对应的字符串描述符． 为０则表示没有；
iProduct ：产品描述符字符串索引．同上；
iSerialNumber：设备序列号字符串索引．同上；
bNumConfigurations ：可能的配置数．指配置字符串的个数。
; i  A. L* q4 X7 ~$ ?4 }
4.2 配置描述符
. s2 s- W; {; Z6 V8 A+ h9 ?配置描述符定义了设备的配置信息，一个设备可以有多个配置描述符。摘一个STM32的MSC设备的配置描述符：
! F+ G4 ^6 G" X( o
0 h! ]! }$ G8 o3 L% _& y0 ]

* F9 j! h3 U/ Z/ ]2 i, [用C语言组合就是这样的一个结构：
' \6 T% x' n! {7 e' f, a5 a

1. typedef struct _USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR_
   , H% @0 w' M1 w/ r- Y- F
2. {
   4 @8 ?* Q, P6 H5 v' x" ~1 i
3.     BYTE      bLength,
   ' S- L1 l. y" {. ~+ e% H2 R" b4 [' x  L
4.     BYTE      bDescriptorType,
   6 v9 U8 l, I! d% B7 }* p
5.     uint16_t  wTotalLength,
   ' _* A1 c/ M' ]/ b8 w  |7 z# a
6.     BYTE      bNumInterfaces,
   
7.     BYTE      bConfigurationValue,
   
8.     BYTE      iConfiguration,
   % X# X$ J6 w  z# H1 h
9.     BYTE      bmAttributes,
   " h1 e; W4 q# ~5 J
10.     BYTE      MaxPower
    
11. }USB_CONFIGURATION_DESCRIPTOR;
    ) _  @9 \8 n6 ~+ E  v

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每个字段含义如下：
bLength：描述符大小，固定为0x09．
bDescriptorType：配置描述符类型，固定为0x02．
wTotalLength：返回整个数据的长度，指此配置返回的配置描述符，接口描述符以及端点描述符的全部大小
bNumInterfaces：配置所支持的接口数。指该配置配备的接口数量也表示该配置下接口描述符数量
* I, w* X( I& hbConfigurationValue：作为Set Configuration的一个参数选择配置值
" E" Z8 V3 A2 B9 v1 p( U3 SiConfiguration：用于描述该配置字符串描述符的索引
. O# F( c& E0 _& `6 _$ u) [bmAttributes：供电模式选择，Bit4-0保留，D7:总线供电，D6:自供电，D5:远程唤醒
MaxPower：总线供电的USB设备的最大消耗电流．以2mA为单位

. o/ \; a" ?) C' s4.3 接口描述符
接口描述符说明了接口所提供的配置，一个配置所拥有的接口数量通过配置描述符的bNumInterfaces决定，摘取STM32的MSC设备类的接口描述符：

$ d+ k. d4 z# V4 p6 ?1 y
9 r" [# c) e! i& D
用C语言组合就是这样的一个结构：
) J9 }. ?7 I7 }3 K6 d, b

1. typedef struct _USB_INTERFACE_DESCRIPTOR_
   
2. {
   % l' d! e3 G  k* N  c
3.     BYTE      bLength,
   
4.     BYTE      bDescriptorType,
   + D" @* c, y* m8 G  h
5.     BYTE      bInterfaceNumber,
   
6.     BYTE      bAlternateSetting,
   6 [4 J2 O# x4 k* a( z
7.     BYTE      bNumEndpoint,
   , K; Y0 v* z  ^
8.     BYTE      bInterfaceClass,
   
9.     BYTE      bInterfaceSubClass,
   
10.     BYTE      bInterfaceProtocol,
    1 x7 ~: x5 ^6 F6 T$ y- P
11.     BYTE      iInterface
    : R# Y! ^, V5 K
12. }USB_INTERFACE_DESCRIPTOR;
    

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每个字段含义如下：
7 q# m1 k8 q& B/ \1 J' v
bLength : 描述符大小．固定为0x09．
1 ]4 z; c! S: ibDescriptorType : 接口描述符类型．固定为0x04．
bInterfaceNumber: 该接口的编号．
bAlternateSetting : 用于为上一个字段选择可供替换的位置．即备用的接口描述符标号．
; b" i% N: t9 S* l2 h- u6 @bNumEndpoint : 使用的端点数目．端点０除外．
: E3 i7 }$ t$ F& RbInterfaceClass : 类型代码（由USB分配）．
3 Y" g4 l' @2 L, ubInterfaceSubClass : 子类型代码（由USB分配）．
. g9 }4 f0 D6 t5 ibInterfaceProtocol : 协议代码（由USB分配）．
iInterface : 字符串描述符的索引
8 Y0 _4 i- ^" F+ S
4.4 端点描述符
8 |& G5 V! P  T7 d" sUSB设备中的每个端点都有自己的端点描述符，由接口描述符中的bNumEndpoint决定其数量。摘取STM32的MSC设备类的端口描述符：
. S; P8 |% c, X& ^. X
' F- T7 d/ V* Z/ M+ }' z7 Y( I' A9 j3 h

; g# {6 `1 k  m4 B/ D0 L用C语言组合就是这样的一个结构：

% R) Q3 _- @. c7 c/ e7 v

1. typedef struct _USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR_
   
2. {
   3 e4 V/ o! K  E: p1 r0 O& I, _
3.     BYTE        bLength,
   ; r0 \9 N0 M! A4 R( {5 ?! R
4.     BYTE        bDescriptorType,
   
5.     BYTE        bEndpointAddress,
   
6.     BYTE        bmAttributes,
   / y- v! x" A8 ?5 K' I: E4 j$ R4 j
7.     uint16_t    wMaxPacketSize,
   
8.     BYTE        bInterval
   
9. }USB_ENDPOINT_DESCRIPTOR;
   

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2 f' K" _' A) K  i- c' Q/ T) \# E每个字段含义如下：
1 J' ~2 O; t% N% A
bLength : 描述符大小．固定为0x07
bDescriptorType : 接口描述符类型．固定为0x05
bEndpointType : USB设备的端点地址．Bit7决定方向，1为IN端点，0为OUT端点，对于控制端点可以忽略；Bit6-4，保留；BIt3-0：端点号
- Y( {! S1 |$ dbmAttributes : 端点属性．Bit7-2，保留．BIt1-0：00控制，01同步，02批量，03中断
wMaxPacketSize : 本端点接收或发送的最大信息包大小
bInterval : 轮训数据传送端点的时间间隔．对于批量传送和控制传送的端点忽略．对于同步传送的端点，必须为１，对于中断传送的端点，范围为1-255
* T* u) Q0 Y' e( K2 M0 s7 W4 }0 ], _" D$ {

4.5 字符串描述符
& c" I4 c& A3 d% K+ y, Z字符串描述符是可选的，如果不支持字符串描述符，其设备描述符、配置描述符、接口描述符内的所有字符串描述符索引都必须为0。
' i, P3 p) r% p- ]
7 \- X8 e$ I8 C% j字符串描述符结构如下：

1. typedef struct _USB_STRING_DESCRIPTION_
   
2. {
   + y; {2 f: A/ o) c+ o+ h: p" a. A
3.     BYTE      bLength,
   8 V, y  P' }9 K; m- l7 v. ?% p, Q
4.     BYTE      bDescriptionType,
   0 k1 h6 W1 u  I
5.     BYTE      bString[1];
   ; }& f; d/ g; {/ f$ U8 {* P( i
6. }USB_STRING_DESCRIPTION;

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各个字段含义：
5 U2 [% ~7 _5 c  t) s$ U: I. d4 }6 N
$ i' i# X2 Q  P( t8 XbLength : 描述符大小．由整个字符串的长度加上bLength和bDescriptorType的长度决定．
bDescriptorType : 接口描述符类型，固定为0x03．
3 z4 B* Q4 y1 `; H/ M% G! CbString[1] : Unicode编码字符串

( F: ?+ G' f/ E4 F$ U% U  y1 R4.6 IAD描述符
USB组合设备一般用Interface Association Descriptor（IAD）实现，就是在要合并的接口前加上IAD描述符。例如你想用一个硬件USB接口实现两个功能，又能到U盘又能当虚拟串口，那么在USB配置描述符中就需要加上IAD描述符来指明。

1. typedef struct _USBInterfaceAssociationDescriptor
   4 ^0 V2 m3 \( B- M
2. {
   9 t: U, L6 S; ~5 K* t; {4 p
3.     BYTE  bLength:                  0x08        //描述符大小，固定
   9 k( u6 Z& ]2 R, r* B5 `5 _5 F2 G
4.     BYTE  bDescriptorType:          0x0B        //IAD描述符类型，固定
   
5.     BYTE  bFirstInterface:          0x00        //起始接口编号
   
6.     BYTE  bInterfaceCount:          0x02        //本个IAD下设备类的接口数量
   ( y) U6 r# m, w! a! q4 _; p* y
7.     BYTE  bFunctionClass:           0x0E        //类型代码，本个IAD指示的是什么类型的设备，例如CDC是0X02，MSC是0X08
   # o9 }& M" t3 I. \' R' e% ^
8.     BYTE  bFunctionSubClass:        0x03        //子类型代码
   
9.     BYTE  bFunctionProtocol:        0x00        //协议代码
   5 L1 q- K. ^0 x( K
10.     BYTE  iFunction:                0x04        //描述字符串索引
    
11. }

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2 [: U4 ~0 M9 {* }; s) C  _以MSC+CDC为例，他的配置描述符结构就是这样的：

/ J+ x5 G3 K3 _: ?5 F/ `* P

1. 配置描述符
   5 r5 S& E8 g8 v* D
2. {
   4 d. A- _9 X: o$ w" ?/ S
3.         IAD描述符1（CDC）
   + U1 X4 [! K7 \' x5 v0 f. Z5 `1 h
4.         {
   ! V; [3 {& _; s% X" P* P
5.                 接口描述符1（通信接口）
     k! g7 T8 n3 \8 v; P; S
6.                 {
   ! L/ K% F, y8 e7 X
7.                         其他描述符（特殊描述符）
   
8.                         {
   
9.                                 /*Header Functional Descriptor*/
   
10.                                 /*Call Management Functional Descriptor*/
    
11.                                 /*ACM Functional Descriptor*/
    
12.                                 /*Union Functional Descriptor*/
    * l- @- g! |5 C7 s0 c. ~3 y
13.                         }
    
14.                         端点描述符(命令端点)
    # o2 t9 {9 t" h+ U% s% D
15.                         {
    0 ~* a8 A; b: A+ v. k& n5 X8 t
16.                                 
    6 c4 b) {+ J# N% ^0 `" g
17.                         }
    7 G" z% a! C/ B8 O% }- c- y/ R
18.                 }
    
19.                 接口描述符2（数据接口）
    8 l, _! Q" A, ]
20.                 {
    4 h' W1 R7 ]4 v8 c6 e' o0 \3 T! E
21.                         端点描述符1（输出端口）
    , Z9 u" x& J# U  V
22.                         {
    / U1 G0 H! k: \% ?
23.                                 
    ) w/ D( A$ @) H; e' H0 L
24.                         }
    6 v9 v/ ~/ {  m& ]4 f, o( D
25.                         端点描述符2（输入端口）
    
26.                         {
    
27.                                 
    " e. w( t2 x5 M" H( G0 g) k3 k9 o
28.                         }
    ( O4 X; b2 Z; ^3 `$ L
29.                 }
    9 w7 A4 E4 S& G, J# X
30.         }
    
31. 
    ; ]2 p7 H$ Q" E- {6 A
32.         IAD描述符(MSC)
    ; }2 c& T  i: e# L' H
33.         {
    
34.                 接口描述符1
    
35.                 {
    % x$ F& \; E6 H
36.                         端点描述符1
    
37.                         {
    
38.                                 
    % r. X" m! c  }! u, ^. d8 l/ Y
39.                         }
    & |0 M- R5 q8 W6 I
40.                         端点描述符2
    
41.                         {
    8 E  ?$ w# I, K' s
42.                                 
    & v% J' Z( Z3 M
43.                         }
    $ O; s/ }& V: T0 [7 ~8 D
44.                 }
    
45.         }
    6 V8 |6 o3 Y( p9 ?0 `+ V
46. }

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5、STM32-USB详解

- e; |+ @0 l2 v6 t/ t' B5 O

4 z5 `' h+ ]4 a- c8 C- D- z  V这个512字节SRAM叫做Packet Buffer Memory Area(简称PMA)，这个很重要，后面会详细讲解。



根据描述可以，一共有8个端点，16个寄存器，一个端点关联两个寄存器，所以我们可以将他们规划为8个输入端点(0x80-0X87)+8个输出端点(0X00-0X07)。

6、STM32-PMA详解
9 J+ U5 B9 X& L& l. [- `& l1 Q) o- i先说一下USB的数据包大小，全速设备的最大包大小为64字节，高速最大为1024字节。

, G8 j  Z! _- D% q( f& U, ^% zPacket Buffer Memory Area(简称PMA)

STM32F1/F3/L1系列都有且结构相同(其他系列暂未考证)，译过来就是包数据缓存区，大小为512字节，按2字节进行寻址。
( M2 s- H5 `6 p0 R5 t# P( @/ \
5 h+ ^: ~' H4 w# k# [$ u; x这个PMA的作用就是USB设备模块用来实现MCU与主机进行数据通信的一个专门的数据缓冲区，我们称之为USB硬件缓冲区。
- S: X8 c2 q0 j' ?
0 W) Z0 ?( ^  o2 c说得具体点就是USB模块把来自主机的数据接收进来后先放到PMA，然后再被拷贝到用户数据缓存区；或者MCU要发送到主机的数据，先从用户数据缓存区拷贝进PMA，再通过USB模块负责发送给主机。
% X! M' k! z( ^( \/ y* W% {
- N* o, y3 L) y! c5 l$ @很多人利用ST官方的USB库修改自己的USB应用时候卡住，获取改完之后懵懵懂懂出现错误，估计大多数原因就在此处的修改！

摘取一下STM32F1参考手册里的PMA描述表：

5 }8 t  Z% S4 M1 R! y6 A2 O9 d4 v! P) c

5 o' C: O; F0 ^* g5 D名称含义：
8 b, N9 B/ Y' S7 N
ADDR0_TX：输出端点0发送缓冲区地址
2 F2 H/ B1 V+ l* U1 c+ L# gCOUNT0_TX：输出端点0发送缓冲区大小
( I4 `; j* ~" C. Y. u' `ADDR0_RX：输入端点0发送缓冲区地址
COUNT0_RX：输入端点0发送缓冲区大小
1 k/ N8 l, @% u0 N
. \* K3 v: R& M' B0 V可以看到一个完整的端点描述包括：缓冲区地址+缓冲区大小。
3 N$ y; Y. u. c: `+ _
PMA的头部为端点的描述，每个端点占8个字节，实际使用了几个端点就有几个描述头，例如使用了0、1、2这三个连续端点（这里注意是连续端点），那么PMA头部的3x8=24(十六进制的0X18)字节就是描述，倘若你使用的是0、1、3这三个端点，其中编号为2的端点虽然没使用但是占用空间，那么PMA头部的端点描述就是4x8=32字节，编号为2的端点8字节的空间就浪费了(严格来说没浪费，就是不方便使用)。

头部的端点描述之后就是各个端点的缓冲区了，例如使用了0、1、2三个端点，占用了PMA头部3x8=24字节的空间，那么这三个端点的缓冲区地址就是从PMA偏移24字节开始的，当然只要是大于24就都可以，这里就是最关键的地方了，很多人修改ST官方库实现自己USB应用时候就是没改这里的地址，导致缓冲区的使用覆盖了PMA头部的端点描述从而出错！
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/ z' l# [4 N/ F2 E0 N下面摘取一个STM32官方MSC设备的实例进行分析：


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7 F0 W* M4 \- ]: s% k: K( e可以看到一共用到了4个端点，分别是输入端点0X80和0X81，输出端点0X00和0X01，其中0X00端点和0X80端点是供USB使用必须有的，0X81和0X01端点则是MSC设备输入输出端点。
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8 h( F; @8 M1 t. U9 _那么一共使用了4个端点，按理来说PMA头部的端点描述大小应该是4X8=32(十六进制的0X20)字节，0X20之后的才是各个端点缓冲区，但是ST这里的却是从0X18开始，也就是说使用了三个端点，这个地方我还没有搞明白为什么，欢迎各位补充！
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至于为什么0X18之后是0X58，是因为USB全速设备的最大包是64字节(十进制的0X40)，所以这里PMA的划分就是：

头部0X18字节为各个端点的描述
6 B: U  `0 A( w! S' w6 L) `0X18地址开始的64字节为输出端点0的缓冲区
0X58地址开始的64字节为输入端点0的缓冲区
0X98地址开始的64字节为输出端点1的缓冲区
4 R& B* d- ~4 P$ d0XD8地址开始的64字节为输入端点1的缓冲区

. |2 ?/ r, q) C+ A  e
, I! y3 ~" R  \* E7 x! p- L! b6 \这里注意一点，缓冲区分配好之后访问是不会溢出的，也就是说缓冲区之间完全隔离。
4 n) z+ Z+ C4 |5 S$ O/ c) W, S